ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम में प्रिंटेड सर्किट बोर्ड के लिए आवश्यकताएँ (1) पावर और ऊर्जा सिस्टम

मेटा विवरण: ईवी पावर और ऊर्जा प्रणालियों, जिनमें बैटरी पैक, बीएमएस, ऑन-बोर्ड चार्जर, डीसी-डीसी कनवर्टर और ट्रैक्शन इन्वर्टर शामिल हैं, के लिए प्रमुख पीसीबी डिजाइन और विनिर्माण आवश्यकताओं की खोज करें। उच्च-वोल्टेज पीसीबी डिजाइन, थर्मल प्रबंधन, मोटी तांबे की बोर्ड और इन्सुलेशन मानकों के बारे में जानें।

परिचयपावर और ऊर्जा सिस्टम इलेक्ट्रिक वाहनों (ईवी) के केंद्र के रूप में कार्य करते हैं, जो वाहन संचालन को चलाने वाली विद्युत ऊर्जा के भंडारण, रूपांतरण और वितरण को सक्षम करते हैं। बैटरी पैक, बैटरी प्रबंधन सिस्टम (बीएमएस), ऑन-बोर्ड चार्जर (ओबीसी), डीसी-डीसी कनवर्टर, ट्रैक्शन इन्वर्टर और उच्च-वोल्टेज जंक्शन बॉक्स जैसे महत्वपूर्ण घटक कुशल और सुरक्षित ऊर्जा प्रवाह सुनिश्चित करने के लिए मिलकर काम करते हैं। ये सिस्टम चरम स्थितियों में काम करते हैं, 400V से 800V (और उन्नत मॉडल में 1200V तक) तक की उच्च वोल्टेज और सैकड़ों एम्पीयर तक पहुंचने वाली बड़ी धाराओं को संभालते हैं। नतीजतन, इन प्रणालियों के लिए प्रिंटेड सर्किट बोर्ड (पीसीबी) का डिजाइन और निर्माण वाहन की विश्वसनीयता, सुरक्षा और समग्र प्रदर्शन सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण है। यह लेख ईवी पावर और ऊर्जा प्रणालियों में विशिष्ट पीसीबी आवश्यकताओं, तकनीकी चुनौतियों और उभरते रुझानों पर प्रकाश डालता है।

ईवी पावर और ऊर्जा सिस्टम का अवलोकन

ईवी पावर और ऊर्जा सिस्टम में कई परस्पर जुड़े मॉड्यूल होते हैं, जिनमें से प्रत्येक के अलग-अलग कार्य होते हैं लेकिन विश्वसनीयता, सुरक्षा और थर्मल दक्षता के लिए सामान्य मांगें साझा करते हैं:

•  बैटरी पैक और बीएमएस: बैटरी पैक विद्युत ऊर्जा संग्रहीत करता है, जबकि बीएमएस सेल वोल्टेज, तापमान और चार्ज की स्थिति की निगरानी करता है, प्रदर्शन और जीवनकाल को अधिकतम करने के लिए कोशिकाओं को संतुलित करता है।

•  डीसी-डीसी कनवर्टर: बैटरी से उच्च-वोल्टेज पावर (आमतौर पर 400V) को कम वोल्टेज (12V या 48V) तक कम करता है ताकि रोशनी, इंफोटेनमेंट और सेंसर जैसे सहायक सिस्टम को बिजली मिल सके।•  ट्रैक्शन इन्वर्टर और मोटर कंट्रोलर: बैटरी से डीसी को इलेक्ट्रिक मोटर को चलाने के लिए प्रत्यावर्ती धारा (एसी) में परिवर्तित करता है, जो वाहन के त्वरण और दक्षता के लिए महत्वपूर्ण प्रक्रिया है।

पीसीबी रिक्ति के लिए सामान्य डिजाइन नियमपावर और ऊर्जा सिस्टम के लिए पीसीबी डिजाइन आवश्यकताएं

•  वाइड बैंडगैप सेमीकंडक्टर: सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) और गैलियम नाइट्राइड (GaN) डिवाइस, जो उच्च दक्षता और आवृत्ति के लिए जाने जाते हैं, प्रदर्शन को अधिकतम करने के लिए कम-इंडक्टेंस, कम-नुकसान वाले पीसीबी संरचनाओं की आवश्यकता होती है।बिना ज़्यादा गरम किए या वोल्टेज हानि के बड़ी धाराओं का प्रबंधन करने की क्षमता मौलिक है। इसके लिए आवश्यकता है:

•  चौड़े ट्रेस और एकीकृत बसबार: विस्तारित ट्रेस चौड़ाई और एम्बेडेड तांबे के बसबार प्रतिरोध को कम करते हैं और बिजली के नुकसान को कम करते हैं, जो उच्च-धारा पथों के लिए महत्वपूर्ण है।2. इन्सुलेशन और सुरक्षा मानक

•  क्रीपेज और क्लीयरेंस दूरी: उच्च-वोल्टेज लाइनों के लिए, ये दूरियां आमतौर पर इन्सुलेशन टूटने से बचने के लिए ≥4mm–8mm होती हैं।•  वैश्विक मानकों का अनुपालन: पीसीबी को IEC 60664 (क्रीपेज/क्लीयरेंस के लिए), UL 796 (उच्च-वोल्टेज प्रमाणन), और IPC-2221 (सामान्य रिक्ति नियम) का पालन करना चाहिए, जैसा कि तालिका 2 में विस्तृत है।

अत्यधिक गर्मी प्रदर्शन को खराब कर सकती है और घटक के जीवनकाल को छोटा कर सकती है। थर्मल प्रबंधन रणनीतियों में शामिल हैं:•  थर्मल विया, एम्बेडेड तांबा और धातु सब्सट्रेट: ये विशेषताएं उच्च-शक्ति घटकों से गर्मी अपव्यय को बढ़ाती हैं।

•  उच्च-टीजी और कम-सीटीई लैमिनेट्स: 170°C से अधिक या उसके बराबर ग्लास ट्रांज़िशन तापमान (टीजी) और कम तापीय विस्तार गुणांक (सीटीई) वाले लैमिनेट्स तापमान में उतार-चढ़ाव के तहत ताना-बाना का प्रतिरोध करते हैं।

4. मल्टीलेयर और हाइब्रिड सामग्री

जटिल पावर सिस्टम उन्नत पीसीबी संरचनाओं की मांग करते हैं:

•  6–12 परत स्टैक-अप: पावर, ग्राउंड और सिग्नल परतों को अलग करने, हस्तक्षेप को कम करने के लिए पावर मॉड्यूल में आम है।

तालिका 1: वोल्टेज और करंट स्तर बनाम पीसीबी तांबे की मोटाईईवी सिस्टम घटक

वर्तमान रेंजविशिष्ट पीसीबी तांबे की मोटाई

बैटरी पैक / बीएमएस

400–800V

2–4 ozऑन-बोर्ड चार्जर (ओबीसी)

10–40A2–3 oz

डीसी-डीसी कनवर्टर

400V → 12/48V

2–4 ozट्रैक्शन इन्वर्टर

300–600A4–6 oz या धातु-कोर

विनिर्माण चुनौतियाँ

ईवी पावर सिस्टम के लिए पीसीबी का उत्पादन करने में कई तकनीकी बाधाएँ शामिल हैं:

•  उच्च वोल्टेज अलगाव: आवश्यक क्रीपेज/क्लीयरेंस दूरियों के साथ कॉम्पैक्ट मॉड्यूल डिज़ाइन को संतुलित करना चुनौतीपूर्ण है, क्योंकि लघुकरण अक्सर इन्सुलेशन आवश्यकताओं के साथ संघर्ष करता है।•  हाइब्रिड सामग्री लैमिनेशन: FR-4 और सिरेमिक या PTFE जैसी सामग्रियों को जोड़ना लैमिनेशन दबाव और तापमान पर तंग नियंत्रण की मांग करता है ताकि डीलेमिनेशन से बचा जा सके।

तालिका 2: पीसीबी सुरक्षा और इन्सुलेशन मानकमानक

आवश्यकता

नुकसान स्पर्शरेखा (Df)

अनुप्रयोग उदाहरण

170–1800.25

बीएमएस, डीसी-डीसी बोर्डरोजर्स RO4350B

0.620.0037

मेटल-कोर पीसीबी>200

2.0–4.0